Поезд на магнитной подушке принцип работы
Поездом Москва — Петербург за полтора часа. Что такое маглев и почему его до сих пор нет в России
Наша страна одной из первых построила самые быстрые в мире поезда на магнитной подушке. А сейчас у отечественных учёных есть маглев-технология, которой могут позавидовать в Шанхае и Токио. Когда мы сможем объехать всю Россию за 14 часов?
Коллаж © LIFE Фото © LIFE / Стас Вазовски © Shutterstock
Фото © LIFE / Стас Вазовски
Выглядит величественно, верно? Этот потерпевший крушение космический корабль — советский поезд маглев. Магнитолевитационный. То есть поезд, который не едет, а летит, не касаясь путей. Это не макет, не бутафория. Он настоящий. Он ездил.
Репортаж о советском маглеве для телевидения Австралии, 1986 год. Видео предоставлено Московским государственным университетом путей сообщения
А вот, кстати, ещё, не припоминаете? Короткометражка 1987 года из цикла «Этот фантастический мир». Была такая телепрограмма, вёл её космонавт Георгий Гречко. Это 12-й выпуск под названием «С роботами не шутят» по рассказу «Судебный процесс» шведского писателя Фредерика Чиландера. Человек с цветами — Авангард Леонтьев, а перекрашенный специально для фильма вагон с надписью Fire-ball и есть тот шаг в будущее, который не произошёл.
В реальности на нём написано ТП-05. Поскольку это была разработка института ВНИИПИ Транспрогресс, позволим себе предположить, что ТП — это от слов «транспорт» и «прогресс». Его специалисты трудились над технологией маглева ещё с 70-х. Испытания этого вагона начались в 1986-м. Он был не просто демонстрационным.
Фото © LIFE / Стас Вазовски
Вагон строился, чтобы показать, как это будет работать, как будет перевозить пассажиров на проекте Ереван — Севан — Абовян. Но случилось землетрясение в Спитаке, и закончилось финансирование. Хотя мы уже начали строительство, уже первые сваи там забили
Главный конструктор по транспорту на магнитном подвесе инженерно-научного центра «Тэмп», доктор электротехники
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1286763730584.663.png» loading=»lazy» />
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1286763730584.663.png» loading=»lazy» />
Главный конструктор магнитолевитационного вагона ТП-05 Андрей Галенко (справа). Фото © LIFE / Стас Вазовски
Ещё один вариант советского летающего поезда создавали для маршрута Алма-Ата — Медео.
Но руководство в конце концов сказало: ну, это всё хорошо, ребята, но мы будем строить метро
Главный конструктор по транспорту на магнитном подвесе инженерно-научного центра «Тэмп», доктор электротехники
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1286763730584.663.png» loading=»lazy» />
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1286763730584.663.png» loading=»lazy» />
Был и проект маглева Москва — Шереметьево. Но это было в 1992 году.
Проект был закрыт из-за отсутствия финансирования. 1992 год. Каждый выживал как мог. Всё разрушили, что могли
Главный конструктор по транспорту на магнитном подвесе инженерно-научного центра «Тэмп», доктор электротехники
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1286763730584.663.png» loading=»lazy» />
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1286763730584.663.png» loading=»lazy» />
Надо сказать, что после распада СССР отечественные маглев-технологии продолжали и продолжают развивать. Кстати, вы знали, что московский монорельс, который столичное правительство на днях предложило закрыть, тоже, по сути, магнитолевитационный транспорт? Под вагонами состава и на путевой структуре есть магниты, именно они и удерживают состав на своём месте. Этот транспорт, которым Москва когда-то гордилась, разрабатывали те же люди, которые создавали советский маглев.
Юра, мы ещё не всё! Россия могла строить многоразовые ракеты раньше Илона Маска
Как устроен маглев
Вспомните «фокус» из школьной программы: если повернуть магниты друг к другу разными полюсами, они притягиваются, одинаковыми — отталкиваются. Вот этим и ещё некоторыми вещами из школьного курса физики и решили воспользоваться для создания прогрессивного транспорта. Под вагоном закрепили электромагниты. Разработчики называют это магнитной лыжей.
Магниты под днищем советского маглева ТП-05. Фото © LIFE / Стас Вазовски
Электромагниты расположены не только под вагоном, но и под самими рельсами. При взаимодействии магнитов поезда и рельсов образуется магнитная подушка, по которой «скользит» состав. Из-за этого эффекта 18-тонный вагон, рассчитанный на четыре десятка пассажиров, зависает на высоте около сантиметра. А чтобы он поехал, при помощи электричества создаётся бегущее магнитное поле, оно образует движущую силу, которая и толкает вагон.
Что это нам даёт
Маглев способен обеспечить передвижение на скорости до 600 километров в час. Если подумать, трасса Санкт-Петербург — Петрозаводск — Ханты-Мансийск — Челябинск — Владивосток длиной более 12 тысяч километров могла бы преодолеваться за 14 часов
Заместитель генерального директора НИИ электрофизической аппаратуры по термоядерным и магнитным технологиям
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1156256721103.5117.png» loading=»lazy» />
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1156256721103.5117.png» loading=»lazy» />
В городе магнитолевитационную трассу можно строить буквально в двух метрах от стеклянной поверхности любого здания. Нет вибрации, нет шума, только рассекаемый воздух
Заместитель генерального директора НИИ электрофизической аппаратуры по термоядерным и магнитным технологиям
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1156256721103.5117.png» loading=»lazy» />
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1156256721103.5117.png» loading=»lazy» />
Если сейчас у нас на путь между Петербургом и Москвой выходит до полутора тысяч рабочих каждую ночь, чтобы поправить его перед дальнейшей эксплуатацией, то здесь этого не надо. Нет контакта с путями — нет износа
Заместитель генерального директора НИИ электрофизической аппаратуры по термоядерным и магнитным технологиям
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1156256721103.5117.png» loading=»lazy» />
» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2020/9/9/1156256721103.5117.png» loading=»lazy» />
Как рассчитали учёные из Петербургского университета путей сообщения и Российского университета транспорта, билет на российский маглев будет стоить примерно 2300 рублей — дешевле, чем на «Сапсан» (поездка на нём обходится от 2700 до 10 с лишним тысяч рублей).
Звёздные войны, новая эра. В России возродят советский боевой космолёт
Маглев в других странах
Шанхай. Поезд курсирует между аэропортом и метро. Пролетает 30 километров за 10 минут. Именно пролетает. Билет — 40 юаней, что в переводе 355 рублей. Как просветили создатели советского маглева, это адаптированная китайская версия немецкой системы «Трансрапид», разработанной в 60–70-е годы.
<>
Сеул, Южная Корея. Неторопливый маглев, всего 110 километров в час. А больше и не надо — линия всего шесть километров. Внутригородская.
В Японии маглев тестируют. Между Токио и Нагоей. Их разделяет примерно 440 километров. На машине ехать больше шести часов. А на новом поезде обещают всего час.
Но этот поезд летит по немного другой системе. Магниты на борту сделаны из материалов, которые держат при температуре жидкого азота. Это примерно минус 200 по Цельсию. Поэтому в таком лютом морозе ток через них проходит беспрепятственно. Это называется сверхпроводимостью: вещество приобретает сверхспособность проводить ток, ему нужно сравнительно мало электричества, чтобы создать мощное магнитное поле. Такая особенность имеется, например, у свинца, алюминия, олова и некоторых других металлов.
Фото © LIFE / Стас Вазовски
Это явление известно как «эффект Мейснера». Правда, сам профессор Мюнхенского университета Вальтер Фриц Мейснер величал его более возвышенно: «гроб Магомета». Дело в том, что в священной книге мусульман описано, как после смерти пророка Мохаммеда гроб с его телом висел в воздухе без всякой поддержки. Учёный не был религиозен, просто начитан.
Берётся сверхпроводник, в данном случае квадратная пластина из подходящего сплава. Заливается жидким азотом. Только, пожалуйста, без самодеятельности, все эксперименты под присмотром опытных людей. А теперь попробуем сверху положить магнитик. Ну как? Кажется, произошло чудо.
Фото © LIFE / Стас Вазовски
В принципе, поезд можно сделать на таком эффекте, только нужно, наоборот, из магнита сделать дорогу, а внутри поезда разместить сверхпроводник, потому что дорогу мы не можем охлаждать, то есть у нас будет внутри поезда сверхпроводник, охлаждаемый жидким азотом, а полотно дороги сделано из магнитов, вдоль которых может левитировать состав
Поезда на магнитных подушках — это транспорт будущего? Как работает поезд на магнитной подушке?
Уже более двухсот лет прошло с того момента, когда человечество изобрело первые паровозы. Однако до сих пор железнодорожный наземный транспорт, перевозящий пассажиров и тяжеловесные грузы при помощи силы электричества и дизельного топлива, весьма распространен.
Стоит сказать о том, что все эти годы инженеры-изобретатели активно работали над созданием альтернативных способов перемещения. Результатом их труда стали поезда на магнитных подушках.
История появления
Сама идея создать поезда на магнитных подушках активно разрабатывалась еще в начале двадцатого века. Однако воплотить данный проект в то время по ряду причин так и не удалось. К изготовлению подобного поезда приступили лишь в 1969 г. Именно тогда на территории ФРГ начали укладывать магнитную трассу, по которой должно было пройти новое транспортное средство, которое впоследствии назвали так: поезд-маглев. Запущено оно было в 1971 г. По магнитной трассе прошел первый поезд-маглев, который назывался «Трансрапид-02».
Интересен тот факт, что немецкие инженеры изготавливали альтернативное транспортное средство на основании тех записей, которые оставил ученый Герман Кемпер, еще в 1934 г. получивший патент, подтверждавший изобретение магнитоплана.
«Трансрапид-02» сложно назвать очень быстрым. Он мог перемещаться с максимальной скоростью в 90 километров в час. Низкой была и его вместимость – всего четыре человека.
В 1979 г. создали более усовершенствованную модель маглева. Этот поезд, носящий название «Трансрапид-05», мог перевозить уже шестьдесят восемь пассажиров. Перемещался он по линии, расположенной в городе Гамбурге, протяженность которой составляла 908 метров. Максимальная скорость, которую развивал этот поезд, была равна семидесяти пяти километрам в час.
В том же 1979 г. в Японии была выпущена другая модель маглева. Ее назвали «МЛ-500». Японский поезд на магнитной подушке развивал скорость до пятисот семнадцати километров в час.
Конкурентоспособность
Скорость, которую могут развить поезда на магнитных подушках, можно сравнить со скоростью самолетов. В связи с этим данный вид транспорта может стать серьезным конкурентом тем воздушным авиалиниям, которые работают на расстоянии до тысячи километров. Повсеместному применению маглевов препятствует тот факт, что перемещаться по традиционным железнодорожным покрытиям они не могут. Поезда на магнитных подушках нуждаются в построении специальных магистралей. А это требует крупных вложений капитала. Считается также, что создаваемое для маглевов магнитное поле способно негативно влиять на организм человека, что отрицательно скажется на здоровье машиниста и жителей регионов, находящихся неподалеку от такой трассы.
Принцип работы
Поезда на магнитных подушках представляют собой особую разновидность транспорта. Во время движения маглев словно парит над железнодорожным полотном, не касаясь его. Это происходит по той причине, что транспортное средство управляется силой искусственно созданного магнитного поля. Во время движения маглева отсутствует трение. Тормозящей силой при этом является аэродинамическое сопротивление.
Как же это работает? О том, какими базовыми свойствами обладают магниты, каждому из нас известно из уроков физики шестого класса. Если два магнита поднести друг к другу северными полюсами, то они будут отталкиваться. Создается так называемая магнитная подушка. При соединении различных полюсов магниты притянутся друг к другу. Этот довольно простой принцип и лежит в основе движения поезда-маглева, который буквально скользит по воздуху на незначительном расстоянии от рельсов.
В настоящее время уже разработано две технологии, при помощи которых приводится в действие магнитная подушка или подвес. Третья является экспериментальной и существует только на бумаге.
Электромагнитный подвес
Эта технология носит название EMS. В ее основе лежит сила электромагнитного поля, изменяющаяся во времени. Она и вызывает левитацию (подъем в воздухе) маглева. Для движения поезда в данном случае необходимы Т-образные рельсы, которые выполняются из проводника (как правило, из металла). Этим работа системы похожа на обычную железную дорогу. Однако в поезде вместо колесных пар установлены опорные и направляющие магниты. Их располагают параллельно ферромагнитным статорам, находящимся по краю Т-образного полотна.
Основным недостатком технологии EMS является необходимость контроля над расстоянием между статором и магнитами. И это при том, что оно зависит от множества факторов, в том числе и от непостоянной природы электромагнитного взаимодействия. Для того чтобы избежать внезапной остановки поезда, на нем устанавливаются специальные батареи. Они способны подзаряжать линейные генераторы, встроенные в опорные магниты, и тем самым достаточно долго поддерживать процесс левитации.
Торможение поездов, созданных на базе технологии EMS, осуществляет синхронный линейный двигатель низкого ускорения. Он представлен опорными магнитами, а также дорожным полотном, над которым парит маглев. Скорость и тягу состава можно регулировать изменением частоты и силы создаваемого переменного тока. Для замедления хода достаточно изменить направление магнитных волн.
Электродинамический подвес
Существует технология, при которой движение маглева происходит при взаимодействии двух полей. Одно из них создается в полотне магистрали, а второе – на борту состава. Эта технология получила название EDS. На ее базе построен японский поезд на магнитной подушке JR–Maglev.
Такая система имеет некоторые отличия от EMS, где применяются обычные магниты, к которым от катушек подводится электрический ток только при подаче питания.
Технология EDS подразумевает постоянное поступление электричества. Это происходит даже в том случае, если источник питания отключен. В катушках такой системы установлено криогенное охлаждение, позволяющее экономить значительные объемы электроэнергии.
Преимущества и недостатки технологии EDS
Положительной стороной системы, работающей на электродинамическом подвесе, является ее стабильность. Даже незначительное сокращение или увеличение расстояния между магнитами и полотном регулируется силами отталкивания и притяжения. Это позволяет системе находиться в неизменном состоянии. При данной технологии отсутствует необходимость в установке электроники для контроля. Не нужны и приборы для регулировки расстояния между полотном и магнитами.
Технология EDS имеет некоторые недостатки. Так, сила, достаточная для левитации состава, может возникнуть только на большой скорости. Именно поэтому маглевы оснащают колесами. Они обеспечивают их движение при скорости до ста километров в час. Еще одним недостатком данной технологии является сила трения, возникающая в задней и передней части отталкивающих магнитов при низком значении скорости.
Из-за сильного магнитного поля в секции, предназначенной для пассажиров, необходима установка специальной защиты. В противном случае человеку с электронным стимулятором сердца путешествовать запрещено. Защита нужна и для магнитных носителей информации (кредитных карточек и HDD).
Разрабатываемая технология
Третьей системой, которая в настоящее время существует лишь на бумаге, является использование в варианте EDS постоянных магнитов, которые для активации не нуждаются в подаче энергии. Еще совсем недавно считалось, что это невозможно. Исследователи полагали, что у постоянных магнитов нет такой силы, которая способна вызвать левитацию поезда. Однако этой проблемы удалось избежать. Для ее решения магниты поместили в «массив Хальбаха». Подобное расположение приводит к созданию магнитного поля не под массивом, а над ним. Это способствует поддержанию левитации состава даже на скорости около пяти километров в час.
Достоинства маглевов
Наиболее привлекательной стороной поездов на магнитной подушке является перспектива достижения ими высоких скоростей, которые позволят маглевам в будущем конкурировать даже с реактивными самолетами. Данный вид транспорта довольно экономичен по уровню потребляемой электроэнергии. Невелики расходы и на его эксплуатацию. Это становится возможным в связи с отсутствием трения. Радует и низкий шум маглевов, что положительно скажется на экологической обстановке.
Недостатки
Отрицательной стороной маглевов является слишком большая сумма, необходимая для их создания. Высоки расходы и на обслуживание колеи. Кроме того, для рассмотренного вида транспорта требуется сложная система путей и сверхточные приборы, контролирующие расстояние между полотном и магнитами.
Реализация проекта в Берлине
В столице Германии в 1980 годах состоялось открытие первой системы типа маглев под названием M-Bahn. Длина полотна составляла 1,6 км. Поезд на магнитной подушке курсировал между тремя станциями метро по выходным дням. Проезд для пассажиров был бесплатным. После падения Берлинской стены население города увеличилось практически вдвое. Потребовалось создание транспортных сетей, обладающих возможностью обеспечения высокого пассажиропотока. Именно поэтому в 1991 г. магнитное полотно было демонтировано, а на его месте началось строительство метро.
Бирмингем
В этом германском городе низкоскоростной маглев соединял с 1984 по 1995 гг. аэропорт и железнодорожную станцию. Длина магнитного пути составляла всего 600 м.
Шанхай
Первая магнитная дорога в Берлине была построена немецкой компанией Transrapid. Неудача проекта не отпугнула разработчиков. Они продолжили свои исследования и получили заказ от китайского правительства, которое решило возвести в стране трассу-маглев. Шанхай и аэропорт «Пудун» связал этот высокоскоростной (до 450 км/ч) путь.
Дорогу длиной в 30 км открыли в 2002 г. В планах на будущее – ее продление до 175 км.
Япония
В этой стране в 2005 г. прошла выставка Expo-2005. К ее открытию была введена в эксплуатацию магнитная трасса длиной 9 км. На линии располагается девять станций. Маглев обслуживает территорию, которая прилегает к месту проведения выставки.
Маглевы считаются транспортом будущего. Уже в 2025 г. планируется открыть новую сверхскоростную трассу в такой стране, как Япония. Поезд на магнитной подушке будет перевозить пассажиров из Токио в один из районов центральной части острова. Его скорость составит 500 км/ч. Для реализации проекта понадобится около сорока пяти миллиардов долларов.
Россия
Создание высокоскоростного поезда планируется и РЖД. К 2030 г. маглев в России соединит Москву и Владивосток. Путь в 9300 км пассажиры преодолеют за 20 часов. Скорость поезда на магнитной подушке будет доходить до пятисот километров в час.
Советский маглев: будущее, которое не случилось
В 1979 году сразу две страны — Западная Германия и СССР — запустили экспериментальные образцы пассажирских маглевов. Маглев (magnetic levitation) — поезд на магнитной подушке, который при движении парит в воздухе, не касаясь никакой опоры. Немцы сделали из этого настоящую рекламу — маглев по коротенькой трассе возил посетителей Международной транспортной выставки IVA. У нас же с рекламой всегда было плохо, поэтому первый советский маглев ТП-01 ездил по заводской 36-метровой трассе.
Что такое маглев
Маглев — поезд на магнитной подушке, магнитоплан — это поезд, приводимый в движение мощным электромагнитным полем, которое одновременно приподнимает его над дорогой. Зазор совсем небольшой, примерно 15 мм (плюс-минус), но всё же маглев фактически летит. Никаких вам выхлопов. Никакого грохота многочисленных колёсных пар по рельсам, никакого рёва дизелей или гудения электромоторов. Сам по себе маглев перемещается бесшумно, только при большой скорости — несколько сотен километров в час — будет возникать аэродинамический шум.
Единственное, что ограничивает скорость маглева — мощность магнитов и аэродинамическое сопротивление. То есть в теории маглевы могут конкурировать со среднемагистральной авиацией.
Правда, есть у технологии и два важных недостатка: для движения маглевов нужно прокладывать отдельную дорожную сеть, а стоимость строительства и обслуживания одного километра гораздо выше, чем у традиционного ЖД-транспорта. С другой стороны, это отчасти компенсировалось крайне низким износом подвижного состава — ведь у маглева нет механической ходовой части, ничто не крутится, не стирается, не накапливает усталость металла. По сути, маглев — это капсула, висящая над дорогой благодаря отталкиванию магнитных полюсов.
Советский маглев
В 1970-х городское население в СССР быстро росло. С ним увеличивалась и потребность в расширении транспортной сети. Наряду с «консервативными» методами решения проблемы — например, увеличением парка традиционных поездов и авиации — рассматривались и более смелые идеи. Одной из них стал проект пассажирских линий, по которым с большой скоростью курсируют магнитопланы небольшой вместимости (по сравнению с обычными электричками). Конечно, покрыть всю страну маглев-сетью не смог бы позволить себе даже СССР. Но на некоторых наиболее нагруженных направлениях маглевы могли бы быть экономически целесообразны.
В 1975 году было создано транспортное объединение «Союзтранспрогресс», в рамках которого организовали институт ВНИИПИтранспрогресс. Инженеры и учёные этого НИИ и занялись разработкой прогрессивного транспортного средства. И в 1979-м, одновременно с немцами, первый советский маглев ТП-01 проехал по заводской тестовой линии.
ТП-01 имел массу 12 т и вмещал 20 пассажиров. В сжатые сроки были созданы новые испытательные маглевы — ТП-02 и 03. Их тестировали на 180-метровой трассе в подмосковном городе Раменское, где находился ВНИИПИтранспрогресс. Вскоре трассу удлинили до 850 метров. Маглев ТП-04 стал передвижной лабораторией.
Успехи, продемонстрированные конструкторами на первых образцах, позволили запланировать создание экспериментальных линий, на которых маглевы уже перевозили бы пассажиров. Первыми республиками с действующими маглевами должны были стать Казахская и Армянская ССР. Но затем алма-атинский проект трансформировался в метрополитен, и остался ереванский. Столицу республики планировали соединить с городом Абовяном, расположенным в 16-ти км. Он должен был стать своего рода огромным «спальным районом» Еревана, и маглев представлялся идеальным решением проблемы транспортной доступности.
В 1986-м инженеры ВНИИПИтранспрогресса создали свой последний и наиболее совершенный прототип маглева — ТП-05.
Одной из «изюминок» конструкции ТП-05 было использование вдоль вагона цепи из небольших магнитов. При его движении датчики измеряли величину зазора между вагоном и дорогой, а система меняла силу тока на конкретных магнитах, увеличивая или уменьшая их отталкивание. Тем самым компенсировались неровности дороги и обеспечивалась плавность хода.
Маглев имел алюминиевый корпус, весил 18 т и мог перевозить 18 человек. В принципе, мог и больше, просто остаток объёма был занят дополнительным испытательным и измерительным оборудованием. Изначально планировалось испытывать ТП-05 на скоростях до 100 км/ч.
Ереванский маглев должен был стать не только испытательной линией, но и своеобразной технологической витриной. Даже выбор Абовяна в качестве конечной точки маршрута был не случаен: в этом небольшом городе создавались высокотехнологичные производства, а немалая часть населения относилась к научно-технической интеллигенции.
Ходовая часть.
Нам нужно было «догнать Запад» — в 1984-м в Великобритании запустили первый в мире коммерческий маглев, с жалкой протяжённостью трассы в 600 м, и в том же году в Западной Германии запустили испытательную линию беспилотных маглевов длиной 31,5 км.
У нас были все шансы стать одной из первых стран, создающих и эксплуатирующих маглевы. В 1986-м у нас началось возведение опытной линии длиной 3,2 км. Запуск в эксплуатацию советского маглева был запланировано на 1991 год. Сначала считалось, что вагоны будут перемещаться со скоростью 250 км/ч и перевозить по 64 человека. То есть 16 километров от Еревана до Абовяна маглев должен был пролетать примерно за четыре минуты. Но из-за доступной мощности тяговой электроподстанции, которая должна была питать линию электричеством, максимальную скорость пришлось снизить до 180 км/ч.
В 1987-м ТП-05 даже сняли в фантастической теленовелле «С роботами не шутят».
Увы, но все планы пошли прахом. Через два года после начала строительства линии, в 1988 году произошло Спитакское землетрясение. За полминуты с лица земли был стёрт город Спитак и десятки деревень, под завалами в течение нескольких дней погибло не менее 25 тыс. человек, многие промышленные предприятия лежали в руинах. На восстановление Армении были брошены силы всей страны. Кроме того, в 1987-89-м годах стремительно раскручивался маховик Нагорно-Карабахского конфликта. Какой уж тут маглев… А в 1991-м не стало и СССР.
Но удивительное дело — ТП-05 умудрился пережить 1990-е. Он до сих пор стоит в том же цехе, где его собрали. Его не растащили по частям, не распилили на цветмет. Говорят, так и стоит под полиэтиленовой плёнкой, немного подреставрировать — и хоть сейчас в музей транспорта.
Маглев, или поезд на магнитных подушках – транспорт нового уровня
Больше 200 лет минуло с той поры, когда были изобретены паровозы. С тех пор железнодорожный транспорт стал самым востребованным для перевозки пассажиров и грузов. Однако ученые активно трудились над усовершенствованием данного способа перемещения. В результате был создан маглев или поезд на магнитных подушках.
Идея появилась в начале двадцатого века. Но реализовать ее в то время и в тех условиях не удалось. И лишь в конце 60-х – начале 70-х годов в ФРГ собрали магнитную трассу, где и запустили транспортное средство нового поколения. Тогда он двигался со скоростью максимум 90 км/ч и мог вместить только 4 пассажира. В 1979 году поезд на магнитных подушках модернизировали, и он смог перевезти 68 пассажиров, проезжая 75 километров в час. А в то же время в Японии сконструировали иную вариацию маглева. Он разгонялся до 517 км/ч.
Сегодня стремительность поездов на магнитных подушках может составить реальную конкуренцию самолетам. Магнитоплан мог бы серьезно соперничать с воздушными авиаперевозчиками. Единственное препятствие в том, что скользить по обычным железнодорожным путям маглевы не способны. Они требуют особых магистралей. Кроме того, считается, что необходимое поездам на воздушной подушке магнитное поле может оказать неблагоприятное воздействие на здоровее человека.
Магнитоплан не движется по рельсам, он летит в прямом смысле этого слова. На небольшой высоте (15 см) от поверхности магнитной трассы. Поднимается он над треком за счет действия электромагнитов. Это объясняет и невероятную скорость.
Полотно для маглева выглядит как череда бетонных плит. Магниты расположены под этой поверхностью. Они искусственно создают магнитное поле, по которому «едет» поезд. Во время движения нет трения, поэтому для торможения используется аэродинамическое сопротивление.
Если на простом языке объяснять принцип действия, то получится так. Когда пару магнитов приближают друг к другу одинаковыми полюсами, они как бы отталкиваются один от другого. Получается магнитная подушка. А при приближении противоположных полюсов магниты притягиваются, и поезд останавливается. Такой элементарный принцип и положен в основу работы магнитоплана, который движется по воздуху на небольшой высоте.
Сегодня применяются 3 технологии подвеса маглевов.
1. Электродинамическая подвеска, EDS.
Иначе это называется на сверхпроводящих магнитах, то есть на вариациях с обмоткой из сверхпроводящего материала. Такая обмотка обладает нулевым омическим сопротивлением. И если она замкнута накоротко, то электрический ток в ней сохраняется бесконечно долго.
2. Электромагнитная подвеска, EMS (или на электромагнитах).
3. На постоянных магнитах. Сегодня это наименее затратная технология. Процесс передвижения обеспечивается линейным двигателем, то есть электродвигателем, где один элемент магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую бегущее магнитное поле, а второй сделан в виде направляющей, отвечающей за линейное перемещение подвижной части двигателя.
Многие задумываются: безопасный ли это поезд, он не упадет? Разумеется, не упадет. Нельзя сказать, что маглев на дороге ничего не удерживает. Он опирается на трек посредством особенных “клешней”, расположенных снизу поезда, в которых и поставлены электромагниты, поднимающие поезд в воздух. Там же расположены и те магниты, которые удерживают магнитоплан на треке.
Те, кто прокатился на маглеве, утверждают, что ничего вдохновляющего не ощутили. Поезд идет настолько тихо, что умопомрачительная скорость не чувствуется. Объекты за окном пролетают быстро, но расположены очень далеко от трека. Разгоняется магнитоплан плавно, так что перегрузок тоже не ощущается. Интересен и необычен только момент, когда поезд поднимается.
Итак, основные преимущества маглева:
- максимально возможная скорость движения, которая достигается на наземном (неспортивном) транспорте,
- требуется небольшое количество электроэнергии,
- из-за отсутствия трения малозатратны в обслуживании,
- тихое передвижение.
Недостатки:
- необходимость больших финансовых затрат при строительстве и обслуживании трека,
- электромагнитное поле способно нанести вред здоровью тем, кто работает на этих линиях и живет в окрестных районах,
- для постоянного контроля расстояния между поездом и треком необходимы быстродействующие системы управления и сверхпрочные приборы,
- требуются сложная схема путей и дорожная инфраструктура.
Поезда на магнитной подушке: почему «транспорт будущего» не прижился
Поезда на магнитной подушке — это экологический чистый, бесшумный и быстрый транспорт. Они не могут слететь с рельсов и в случае неполадки способны безопасно остановиться. Но почему же такой транспорт не получил широкого распространения, и люди по-прежнему пользуется обычными электричками и поездами?
В 1980-е годы считалось, что поезда с магнитной левитацией (маглевы) это транспорт будущего, который уничтожит внутренние авиарейсы. Эти поезда могут перевозить пассажиров со скоростью 800 км/ч и не наносят практически никакого вреда окружающей среде.
Маглевы способны ездить в любую погоду и не могут сойти со своего единственного рельса — чем дальше поезд отклоняется от путей, тем сильнее его толкает обратно магнитная левитация. Все маглевы двигаются с одинаковой частотой, поэтому не будет никаких неполадок с сигналами. Представьте себе, какой эффект оказали бы такие поезда на экономику и транспорт, если бы расстояние между отдаленными крупными городами преодолевалось за полчаса.
Но почему вы до сих пор не можете ездить по утрам на работу со сверхзвуковой скоростью? Концепт маглевов существует уже более века, еще с начала 1900-х было оформлено множество патентов, использующих эту технологию. Однако до наших дней дожило лишь три рабочие системы поездов на магнитной подушке, причем все они есть только в Азии.
Японский маглев. Фото: Yuriko Nakao/Reuters
До этого первый рабочий маглев появился в Великобритании: в период с 1984 по 1995 из аэропорта Бирмингема ходил шаттл AirLink. Маглев был популярным и дешевым транспортом, но его обслуживание обходилось очень дорого, поскольку некоторые запчасти были единичного производства и их было тяжело найти.
В конце 1980-х Германия тоже обратилась к этой идее: ее беспилотный поезд M-Bahn ездил между тремя станциями западного Берлина. Однако технологию левитирующих поездов решили отложить на потом, и линию закрыли. Ее производитель TransRapid проводил испытания маглевов до тех пор, пока в 2006 году на тренировочном полигоне в Латене не произошел несчастный случай, в котором погибло 23 человека.
Последние новости, актуальные события и нетворкинг в AgroTech-комьюнити — AgroCode Hub. Присоединяйся!
Это происшествие могло поставить крест на немецких маглевах, если бы компания TransRapid не подписала до этого договор на строительство в 2001 году маглева для Шанхайского аэропорта. Сейчас этот маглев является самым быстрым электропоездом в мире, который ездит со скоростью 431 км/ч. С его помощью расстояние от аэропорта до бизнес-квартала Шанхая можно преодолеть всего за восемь минут. На обычном транспорте для этого понадобился бы целый час. В Китае есть еще один среднескоростной маглев (его скорость составляет около 159 км/ч), который работает в столице провинции Хунань, Чанша. Китайцы настолько полюбили эту технологию, что к 2020 году планируют запустить еще несколько маглевов в 12 городах.
Канцлер Германии Ангела Меркель первой проехала на маглеве TransRapid до Шанхайского аэропорта. Фото: Rolf Vennenbernd/EPA
В Азии сейчас ведется работа и над другими проектами поездов на магнитной подушке. Один из самых известных — это беспилотный шаттл EcoBee, который ездит от южнокорейского аэропорта Инчхон с 2012 года. На его самой короткой линии расположено семь станций, между которыми маглев проносится со скоростью 109 км/ч. А еще поездки на нем абсолютно бесплатны.
Система Linimo рядом с Нагоей представляет собой городской маглев, который движется с относительно медленной скоростью. Японцы используют технологию магнитной левитации с 1969 года. Сейчас их самый амбициозный проект — это линия маглевов Chuo Shinkanse, по которой можно будет ездить из Токио до Нагойи со скоростью в 498 км/ч (в основном путь будет проходить под землей).
Почему такая технология не прижилась в других странах?
Все упирается в деньги. Строительство маглевов нужно начинать с нуля. Правительства большинства стран просто не готовы к таким затратам, особенно если у них уже развита традиционная железнодорожная инфраструктура. На постройку небольшого маглева в Шанхае потребовалось более $1 миллиарда, а на строительство японского еще больше.
Японский маглев. Фото: Kyodo/Reuters
Кроме того, маглевы не гарантируют какую-либо прибыль. Даже самые успешные азиатские проекты принесли плоды лишь через несколько десятков лет и ценой огромных усилий. Например, шанхайский маглев приносит ежегодные убытки в размере $93 миллионов.
Если китайское правительство способно смириться с такими расходами, то власти большинства стран считают, что будет дешевле обновить существующие железные дороги. Повлиять на ситуацию могут только частные инвестиции, однако даже группа частных сообществ «Японские железные дороги» во многом контролируется государством и до сих пор получает от него значительные субсидии.
Есть ли преимущества у такой инфраструктуры будущего?
Несмотря на огромную стоимость линии маглевов от аэропорта Инчхон, его создатели утверждают, что она на две трети ниже цены обычной железной дороги. По их словам, «хоть расходы на электричество для работы маглева на 30% выше, чем у стандартного поезда, эксплуатация поезда обходится на 60-70% дешевле».
Аналогично для строительства одного километра японского маглева потребовалось $93 миллиона, однако расходы на техобслуживание довольно небольшие, а сам маглев гораздо надежнее и тише, чем традиционные транспортные системы. Кроме того, эти поезда идеальны для городов, поскольку не вредят атмосфере.
Поэтому другим странам все же стоит следить за тем, что происходит в азиатском регионе. Потому что воплотить идею маглевов вполне реально.
Советский маглев: 25 лет под целлофаном
Опыты с транспортом, работающим по принципу магнитной левитации, начались еще до войны. В разные годы и в разных странах появлялись действующие прототипы левитирующих поездов. В 1979-м немцы представили систему, которая за три месяца работы перевезла более 50 000 пассажиров, а в 1984-м в международном аэропорту города Бирмингем (Великобритания) появилась первая в истории постоянная линия для поездов на магнитной подушке. Изначальная длина трассы составляла 600 м, а высота левитации не превышала 15 мм. Система вполне успешно эксплуатировалась на протяжении 11 лет, но затем участились технические отказы из-за состарившегося оборудования. А поскольку система была уникальной, практически любую запчасть приходилось изготовлять по индивидуальному заказу, и было принято решение закрыть линию, приносившую сплошные убытки.
Помимо британцев, серийные магнитные поезда вполне успешно запустили все в той же Германии — компания Transrapid эксплуатировала подобную систему длиной 31,5 км в районе Эмсланд между городами Дерпен и Латен. История эмсландского маглева, правда, закончилась трагически: в 2006 году по вине техников произошла серьезная авария, в которой погибло 23 человека, и линию законсервировали.
В Японии сегодня эксплуатируется две системы магнитной левитации. Первая (для городских перевозок) использует систему электромагнитного подвеса для скоростей до 100 км/ч. Вторая, более известная, SCMaglev, предназначена для скоростей более 400 км/ч и основана на сверхпроводящих магнитах. В рамках этой программы построено несколько линий и установлен мировой рекорд скорости для железнодорожного транспортного средства, 581 км/ч. Буквально два года назад было представлено новое поколение японских поездов на магнитном подвесе — L0 Series Shinkansen. Кроме того, система, аналогичная немецкому «Трансрапиду», работает в Китае, в Шанхае; в ней также используются сверхпроводящие магниты.
А в 1975 году началась разработка первого советского маглева. Сегодня о нем практически забыли, но это очень важная страница технической истории нашей страны.
Поезд будущего
Он стоит перед нами — большой, футуристического дизайна, похожий скорее на космический корабль из научно-фантастического фильма, нежели на транспортное средство. Обтекаемый алюминиевый кузов, сдвижная дверь, стилизованная надпись «ТП-05» на борту. Экспериментальный вагон на магнитном подвесе стоит на полигоне неподалеку от Раменского уже 25 лет, целлофан покрыт густым слоем пыли, под ним — удивительная машина, которую чудом не разрезали на металл по доброй русской традиции. Но нет, он сохранился, и сохранился ТП-04, его предшественник, предназначенный для испытаний отдельных узлов.
Разработка маглева уходит корнями в 1975 год, когда при Миннефтегазстрое СССР появилось производственное объединение «Союзтранспрогресс». Несколькими годами позже стартовала государственная программа «Высокоскоростной экологически чистый транспорт», в рамках которой и началась работа над поездом на магнитной подушке. С финансированием было очень неплохо, под проект построили специальный цех и полигон института ВНИИПИтранспрогресс с 120-метровым участком дороги в подмосковном Раменском. А в 1979 году первый вагон на магнитной подушке ТП-01 успешно прошел испытательную дистанцию своим ходом — правда, еще на временном 36-метровом участке завода «Газстроймашина», элементы которого позже «переехали» в Раменское. Обратите внимание — одновременно с немцами и раньше многих других разработчиков! В принципе, СССР имел шансы стать одной из первых стран, развивающих магнитный транспорт, — работой занимались настоящие энтузиасты своего дела во главе с академиком Юрием Соколовым.
Экспедицию «Популярной механики» возглавил не кто иной, как Андрей Александрович Галенко, генеральный директор ОАО инженерно-научного центра «ТЭМП». «ТЭМП» — это та самая организация, экс-ВНИИПИтранспрогресс, отделение канувшего в Лету «Союзтранспрогресса», а Андрей Александрович работал над системой с самого начала, и вряд ли кто мог бы рассказать о ней лучше него. ТП-05 стоит под целлофаном, и первым делом фотограф говорит: нет, нет, мы не сможем это сфотографировать, тут же ничего не видно. Но затем мы стягиваем целлофан — и советский маглев впервые за долгие годы предстает перед нами, не инженерами и не сотрудниками полигона, во всей красе.
Зачем нужен маглев
Разработку транспортных систем, работающих на принципе магнитной левитации, можно разделить на три направления. Первое — это машины с расчетной скоростью до 100 км/ч; в таком случае наиболее оптимальной является схема с левитационными электромагнитами. Второе — это пригородный транспорт со скоростями 100−400 км/ч; здесь целесообразнее всего использовать полноценный электромагнитный подвес с системами боковой стабилизации. И наконец, самая «модная», если так можно выразиться, тенденция — поезда дальнего сообщения, способные разгоняться до 500 км/ч и выше. В этом случае подвеска должна быть электродинамической, на сверхпроводящих магнитах.
ТП-01 относился к первому направлению и испытывался на полигоне вплоть до середины 1980 года. Масса его составляла 12 т, длина — 9 м, а вмещал он 20 человек; зазор подвеса при этом был минимален — всего 10 мм. За ТП-01 последовали новые градации испытательных машин — ТП-02 и ТП-03, путь удлинили до 850 м, потом появился вагон-лаборатория ТП-04, предназначенный для исследования работы линейного тягового электропривода. Будущее советских маглевов казалось безоблачным, тем более что в мире, помимо Раменского, существовало всего два подобных полигона — в Германии и Японии.
Принцип работы левитирующего поезда относительно прост. Состав не касается рельса, находясь в состоянии парения, — работает взаимное притяжение или отталкивание магнитов. Проще говоря, вагоны висят над плоскостью пути благодаря вертикально направленным силам магнитной левитации, а от боковых кренов удерживаются с помощью аналогичных сил, направленных горизонтально. При отсутствии трения о рельс единственной «преградой» для движения становится аэродинамическое сопротивление — многотонный вагон теоретически может сдвинуть с места даже ребенок. В движение поезд приводится линейным асинхронным двигателем, аналогичным тому, что работает, например, на московском монорельсе (к слову, этот двигатель разработан как раз ОАО ИНЦ «ТЭМП»). Подобный двигатель имеет две части — первичная (индуктор) установлена под вагоном, вторичная (реактивная шина) — на путях. Электромагнитное поле, создаваемое индуктором, взаимодействует с шиной, двигая поезд вперед.
К преимуществам маглева в первую очередь относится отсутствие иного сопротивления, кроме аэродинамического. Кроме того, минимален износ оборудования из-за незначительного количества подвижных элементов системы в сравнении с классическими поездами. К недостаткам — сложность и дороговизна путей. Например, одной из проблем является безопасность: маглев нужно «поднимать» на эстакаду, а если есть эстакада, значит, необходимо продумать возможность эвакуации пассажиров в случае экстренной ситуации. Впрочем, вагон ТП-05 планировался к эксплуатации на скоростях до 100 км/ч и имел относительно недорогую и технологичную путевую структуру.
